Institutsteil Angewandte Systemtechnik AST des Fraunhofer IOSB
Kurzbeschreibung
Die begleitende Forschung zur Corona-Pandemie hat gezeigt, dass das SARS-CoV2 Virus vornehmlich durch Aerosole in der Luft übertragen wird. Atemschutz, insbesondere in Innenräumen ist daher neben der Impfung das wichtigste Mittel im Kampf zur Eindämmung der Pandemie.
Atemmasken basieren fast ausschließlich auf Elimination der Aerosole durch Filterwirkung von Geweben. Dies ist kostengünstig, hat aber auch den Nachteil, dass zur Steigerung der Filterwirkung eine Verkleinerung der Maschenbreite bzw. Porengröße des Filtergewebes erforderlich ist. Gerade um die kleinen Virenpartikel von nur wenigen Nanometern Größe zu filtern, sind extrem engmaschige HEPA-Filter H13 oder gar H14 nötig. Je engmaschiger der Filter ist, umso schwerer fällt der Person jedoch auch das Atmen, da der Filter einen zu großen Luftwiderstand aufweist. Besonders im Intensivpflegebereich, wo Pfleger sehr lange einen Atemschutz tragen müssen, ist dies körperlich extrem belastend.
Projektziele
Ziel des Projektes ist die Untersuchung, ob sich eine ausreichende Inaktivierung des SARS-CoV2 Virus mit Hilfe von aktuellen UVC-LEDs technisch realisieren lässt und welche UV-Leistung hierfür nötig ist. Auf einen mechanischen Filter könnte in diesem Falle verzichtet und somit ein ungestörtes Atmen gewährleistet werden. Zum Einsatz kommen sollen daher hocheffiziente UVC-LEDs mit einer Emissionswellenlänge von 270 nm und einem UV-Output von 100 mW pro LED. Diese Wellenlänge liegt sehr nah am Desinfektionsmaximum von 265 nm. Somit kann die Leistung der LEDs aufgrund der höheren Desinfektionswirksamkeit geringer als bei klassischen UVC-Quecksilberstrahlungsquellen ausfallen.
Da es sich bei Luft um ein strömendes Medium handelt, ist für die Desinfektionswirksamkeit nicht nur die Intensität der Bestrahlung, sondern auch die Verweilzeit im Bestrahlungsraum sowie die Luftführung wichtig. Es wurde ein kompakter Desinfektionsreaktor entwickelt und dahingehend optimiert, eine hohe Fluenz zu erreichen. Hierzu waren insgesamt 800 mW UVC-Strahlung nötig, um das SARS-CoV2 Virus um insgesamt 6 log-Stufen (99,9999 %) bei einem durchschnittlichen Atemvolumenstrom von 8 l/min zu inaktivieren. Damit das Modul an Standardmasken adaptiert werden kann, wurde ein 3M-Maskenanschluss integriert. Die Desinfektionswirksamkeit wurde in den Laboren der Gesellschaft zur Förderung von Medizin-, Bio- und Umwelttechnologien e.V. in Jena geprüft.
Projektergebnis
Das Fraunhofer IOSB-AST realisierte und optimierte sowohl den Luftdesinfektionsreaktor mit integrierter Kühlung der LEDs als auch die Anordnung und die Abstrahlcharakteristik der LEDs. Ebenso wurde die Ansteuerelektronik mit luftstromabhängiger Dimmung der LEDs zur Energieeinsparung des akkubetriebenen Reaktors entwickelt. CO2 und VOC-Sensorik sind in Zukunft geplant, um Rückschlüsse auf die Gesundheit des Maskenträgers zu ziehen.